Из-за сложности головного мозга трудно выявлять новые лекарства, даже лекарства, действующие на животные модели, у человека могут не работать. Ученые задались целью изменить технологию со стволовыми клетками, используя клетки кожи от пациентов и превращая эти клетки в нейроны. В этом случае исследователи могли бы тестировать новые лекарства и изучать развитие болезни в растущих в лаб. нейронах и даже проверять потенциал использования этих "личностных нейронов" для замещения ткани посредством трансплантации для лечения поврежденных участков головного мозга. Ученые уже достигли определенных успехов в выращивании крошечных базирующихся на стволовых клетках подобные головному мозгу "органоиды" в чашках и пробирках для диагностических и терапевтических целей, но пока эти модельные системы всё ещё далеки для моделирования всей сложности головного мозга.

Исследователи из Salk Institute сообщили о новом подходе, с помощью которого можно получать более сложные органоидные модели, гарантируя. что они получают достаточно кислорода и др. питательных вещества путем трансплантации грызунам. Это предоставляет информацию о разработке лечения нарушений головного мозга; ускоряет тестирование лекарств; и даже подготавливает почву для трансплантаций популяций здоровых клеток человека в головной мозг, чтобы замещать поврежденные или нефункциональные ткани.

"Органоиды головного мозга являются мощным инструментом для изучения развития и нарушений головного мозга человека," говорит Rusty Gage. "Но сегодня они недостаточно полно воспроизводят нативные физиологические условия. Данная работа приближает нас на одну ступень ближе к более правдивой, функциональной репрезентации головного мозга человека и может помочь нам в разработке наилучшей терапии нейрологических и психиатрических болезней."

Органоиды головного мозга, растущие в чашках или пробирках структурно и функционально ограничены, поскольку лишены системы кровеносных сосудов, а питательные вещества не могут проникнуть внутрь их 3D структуры. Это ограничивает время жизнеспособности и сложность органоидов, поскольку клетки не могут осуществлять многочисленные деления для увеличения своего количества или разнообразия типов клеток. Хотя некоторые исследователи пытались обойти эти ограничения путем одновременной трансплантации сосудистой ткани в органоиды, подход пока не воспроизводит полностью клеточное микроокружение настоящего головного мозга.

В лаб. Gage разыскивают более подходящие физиологические условия путем трансплантаций органоидов, базирующихся на стволовых клетках человека, в богатые кровеносными сосудами области головного мозга мышей. Трансплантированные человеческие органоиды интегрируются в окружающую среду хозяина, формируя нейроны и клетки, поддерживающие нейроны, наз. астроцитами, а также поддерживаются с помощью иммунных клеток. Исследователи обнаружили не только нативные кровеносные сосуды, но и сосуды с кровотоком внутри них -- впервые для органоидов.

Abed AlFattah Mansour говорит, "Мы обнаружили инфильтрацию кровеносных сосудов в органоиды и питание их кровью, это захватывающее зрелище, поскольку это вообще-то билет для органоидов на длительное проживание."

В части исследования ученые подразделяли органоид на половинки преде трансплантацией и поддерживали одну половинку в культуре для сравнения условий в обоих вариантах. Они установили, что культивируемые половинки заполнялись погибающими клетками спустя несколько мес., тогда как соотв. органоиды у грызунов оставались здоровыми.

Для проверки функциональности и здоровья трансплантатов ученые проводили calcium imaging тесты, при которых нейроны продуцировали краску, если были возбуждены. И в самом деле, нейроны внутри органоидов возбуждались синхронно. Кроме того, исследователи использовали технику, наз. оптогенетикой (когда клетки делались чувствительными к свету), чтобы подтвердить, что трансплантированные нейроны формируют соединения др. с др. и с организмом хозяина, что наблюдалось впервые.

"Это указывает на то, что повышение кровоснабжения не только помогает органоидам оставаться здоровыми более продолжительное время, но и также позволяет им достигать уровня нейрологической сложности, что позволит нам лучше понять болезни головного мозга," говори Mansour.